Fig. 1:Attività OER di Co2 FeO4 e CoFe2 O4 nanoparticelle. a, b Curve di voltammetria a scansione lineare (LSV) registrate a una velocità di scansione di 10 mV/s in 1,0 M KOH su elettrodi di carbonio vetroso depositati con Co2 FeO4 e CoFe2 O4 nanoparticelle allo stato originario e dopo 100, 500 e 1000 cicli di misure di voltammetria ciclica (CV), c, d CV di Co2 FeO4 e CoFe2 O4 dopo uno, 100, 500 e 1000 cicli registrati a una velocità di scansione di 50 mV/s in 1,0 M KOH in condizioni OER, e, f pendii Tafel di Co2 FeO4 e CoFe2 O4 nel pristine e dopo 100, 500 e 1000 cicli, derivati dalle curve LSV in a, b. I dati di origine vengono forniti come file di dati di origine. Le barre di errore delle pendenze Tafel in e, f sono state misurate mediante adattamento della curva lineare. Credito:DOI:10.1038/s41467-021-27788-2
I ricercatori della Ruhr-Universität Bochum, dell'Università di Duisburg-Essen e dell'Istituto Max Planck per la conversione dell'energia chimica a Mülheim an der Ruhr hanno collaborato al progetto nell'ambito del Centro di ricerca collaborativa "Catalisi di ossidazione eterogenea nella fase liquida".
Al RUB, un team guidato da Weikai Xiang e dal professor Tong Li della caratterizzazione su scala atomica ha lavorato insieme alla cattedra di elettrochimica e materiali su nanoscala e alla cattedra di chimica industriale. Sono stati coinvolti anche istituti di Shanghai, in Cina, e Didcot, nel Regno Unito. Il team presenta le proprie scoperte sulla rivista Nature Communications , pubblicato online il 10 gennaio 2022.
Particelle osservate durante il processo di catalisi
I ricercatori hanno studiato due diversi tipi di nanoparticelle fatte di ossido di ferro cobalto che erano di circa dieci nanometri. Hanno analizzato le particelle durante la catalisi della cosiddetta reazione di evoluzione dell'ossigeno. Questa è una mezza reazione che si verifica durante la scissione dell'acqua per la produzione di idrogeno:l'idrogeno può essere ottenuto scindendo l'acqua utilizzando l'energia elettrica; idrogeno e ossigeno vengono prodotti nel processo. Il collo di bottiglia nello sviluppo di processi produttivi più efficienti è la reazione parziale in cui si forma l'ossigeno, ovvero la reazione di evoluzione dell'ossigeno. Questa reazione modifica la superficie del catalizzatore che diventa inattiva nel tempo. I cambiamenti strutturali e compositivi sulla superficie giocano un ruolo decisivo nell'attività e nella stabilità degli elettrocatalizzatori.
Per piccole nanoparticelle con una dimensione di circa dieci nanometri, ottenere informazioni dettagliate su ciò che accade sulla superficie del catalizzatore durante la reazione rimane una sfida. Utilizzando la tomografia a sonda atomica, il gruppo ha visualizzato con successo la distribuzione dei diversi tipi di atomi nei catalizzatori di ossido di ferro di cobalto in tre dimensioni. Combinandolo con altri metodi, hanno mostrato come la struttura e la composizione della superficie sono cambiate durante il processo di catalisi e come questo cambiamento ha influenzato le prestazioni catalitiche.
"La tomografia con sonda atomica ha un enorme potenziale per fornire approfondimenti atomici sui cambiamenti compositivi sulla superficie delle nanoparticelle di catalizzatore durante importanti reazioni catalitiche come la reazione di evoluzione dell'ossigeno per la produzione di idrogeno o CO2 riduzione", conclude Tong Li. + Esplora ulteriormente
